高精度超声波智能测距仪的设计与实现
6页1、从本学科出发,应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性,便于研究生提出新见解,特别是博士生必须有创新性的成果高精度超声波智能测距仪的设计与实现超声波是频率高于20KHZ的声波,它指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,在使用中不受光线、粉尘、电磁波等因素影响,且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在移动机器人研制、避障、车辆的定位与导航、液位测量等领域应用广泛。 1超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。已知超声波在空气中的传播速度为c,根据计时器记录的发射和接收的时间差t,就可以计算出发射点距障碍物的距离s,即:s=ct/2。误差分析根据超声波测距原理s=ct/2,可知影响测量距离准确性的因素有两个:传播速度c和时间差t。所以尽可能地消除这两个因素的影响就可以提高测量的精度。超声波传播速度在固体中最快,在气体中最慢。超声波在空气中传输速度和温度有
2、关,温度越高传输速度越快。如果环境温度变化明显,必须考虑温度补偿问题。空气中超声波传输速度和温度关系表示为:c=(m/s)式中T为环境温度,。常温下超声波传播速度是340m/s,由于反射式测量有两倍的测量路程,则被测距离和测量时间的关系为d=340/2t,即计时1us对应被测距离为。所以采用计时器的计数频率为1MHZ时,对应的测距最小分辨率为。这种分辨率已满足绝大多数工业测量的要求。系统硬件设计如图1,超声波智能测距仪主要包括:飞思卡尔单片机MC9SXS128、超声波发送电路、超声波接收电路、DS18B20测温电路、LCD1602液晶显示电路、报警电路。图1系统硬件框图超声波发射电路超声波发射电路由LM555时基电路及外围元件构成40KHZ多谐振荡器电路,调节电阻器RP阻值,可以改变振荡频率。由LM555第3脚输出端驱动超声波换能器T40 -16,使之发射出超声波信号。如图2所示,电路简单易制,发射超声波信号大于8m。图2超声波发射电路图超声波接收电路超声波接收电路负责接收超声波信号.并将超声波信号转换成单片机能识别的电信号。超声波换能器在接收到超声波信号时,由于压电效应会在两个接头上
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